(57)【要約】【課題】陽極からキャリア（正孔）を正孔輸送層を経由して有機発光層に容易に注入することが可能な有機ＥＬデバイスを提供する。【解決手段】透明基板と、この透明基板上に積層された陽極、正孔輸送層、有機発光層、陰極を含む有機エレクトロルミネセンスデバイスにおいて、  前記正孔輸送層は、ポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェンにポリスチレンスルフォン酸またはその塩をドーピングした正孔輸送材料を含み、かつ前記ポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェンと前記ポリスチレンスルフォン酸またはその塩とが平行に配向されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、この透明基板上に積層された陽極、正孔輸送層、有機発光層および陰極とを含む有機エレクトロルミネセンスデバイスにおいて、
前記正孔輸送層は、ポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェンにポリスチレンスルフォン酸またはその塩をドーピングした正孔輸送材料を含み、かつ前記ポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェンと前記ポリスチレンスルフォン酸またはその塩とが平行に配向されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンスデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネセンスデバイス（有機ＥＬデバイス）に関し、特に正孔輸送層を改良した有機ＥＬデバイスに係わる。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬデバイスは、透明導電材料からなる陽極、正孔輸送層、有機発光層および陰極をこの順序で積層した構造を有する。このような有機ＥＬデバイスにおいて、陽極から正孔、陰極から電子をそれぞれの有機発光層へ注入し、それらの結合によって生成される励起一重項状態の励起子（エキシトン）からの発光を利用するものである。電子や正孔を有機発光層に効率的に注入するためには、前記陽極、正孔輸送層、有機発光層および陰極の接合界面のバンドエッジの整合（アライメント）を取ることが重要である。
【０００３】
有機ＥＬデバイスを構成する正孔輸送層は、正孔を陽極から有機発光層に輸送する役目を担っている。この正孔輸送層は、陽極の仕事関数値に近いＨＯＭＯレベル（最高占有分子軌道）を有する材料、例えばＰＥＤＯＴ(ポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェン)にドーパントとしてＰＳＳ(ポリスチレンスルフォン酸、またはポリスチレンスルフォン酸塩（Ｎａ塩）を混合したＰＥＤＯＴ:ＰＳＳにより形成されている。これに関連する特許文献１が知られている。
【０００４】
しかしながら、陽極からキャリア（正孔）を正孔輸送層を経由して有機発光層に注入する際、ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳから形成された正孔輸送層では必ずしも低電圧でキャリアを容易に輸送することが困難であった。
【特許文献１】特開２００３−１００４４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、陽極からキャリア（正孔）を正孔輸送層を経由して有機発光層に容易に注入することが可能な有機ＥＬデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、透明基板と、この透明基板上に積層された陽極、正孔輸送層、有機発光層および陰極とを含む有機エレクトロルミネセンスデバイスにおいて、
前記正孔輸送層は、ポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェンにポリスチレンスルフォン酸またはその塩をドーピングした正孔輸送材料を含み、かつ前記ポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェンと前記ポリスチレンスルフォン酸またはその塩とが平行に配向されていることを特徴とする有機ＥＬデバイスが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、陽極からキャリア（正孔）を正孔輸送層を経由して有機発光層に容易に注入して低消費電力での駆動を可能にした有機ＥＬデバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図1は、実施形態に係る有機ＥＬデバイスを示す概略図である。
【０００９】
ガラス基板１表面には、例えばＩＴＯ(インジウム酸化物に錫をドープした材料)のような透明導電材料からなる陽極２が形成されている。この陽極２表面には、正孔輸送層３、有機発光層４および陰極５をこの順序で積層されている。
【００１０】
前記正孔輸送層３は、ポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリスチレンスルフォン酸またはその塩（ＰＳＳとして総称）をドーピングしたＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの正孔輸送材料を含み、かつ前記ＰＥＤＯＴと前記ＰＳＳとが平行に配向されている。なお、この
前記有機発光層４は、例えば高分子型のポリパラフェニレンビニレンやポリフルオレン骨格を有する材料から作られている。
【００１１】
前記陰極５は、例えば仕事関数の小さなアルカリ金属およびアルカリ土類金属から選ばれる金属（例えばＬｉ，Ｃａ，Ｂａなど）の層にＡｌを積層した構造を有する。この陰極５において、Ａｌは酸化し易いアルカリ金属やアルカリ土類金属の保護膜としても作用する。
【００１２】
このような構造の有機ＥＬデバイスにおいて、陽極２から正孔、陰極５から電子をそれぞれの有機発光層４へ注入し、それらの結合によって生成される励起一重項状態の励起子（エキシトン）からの発光（自己発光）を利用する。正孔輸送層３は、正孔を陽極２から有機発光層４に輸送する役目を担っている。
【００１３】
前記有機ＥＬデバイスの自己発光機構を有機ＥＬデバイスのバンド構造を示す図２および発光時のバンド内の様子を示す図３を参照して以下に詳述する。
【００１４】
ＩＴＯからなる陽極の仕事関数は、約５ｅＶ前後であり、正孔輸送層を構成するＰＥＤＯＴ：ＰＳＳはその陽極の仕事関数値に近いＨＯＭＯレベル（最高占有分子軌道）を有する。図２のバンド内を図３に示すように正孔と電子が移動すると、有機発光層の分子内で両者が結合して励起子とよばれる励起状態になり、この励起子から発光が生ずる。低電圧で発光を達成するには、正孔輸送層の電子エネルギーが陽極の仕事関数(イオン化ポテンシャルと同等で、ＨＯＭＯレベルとして見なされる)に近いＨＯＭＯレベルを有していることが必要である。
【００１５】
前記ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯについて補足する。
【００１６】
有機物分子から構成される有機物固体のＨＯＭＯとＬＵＭＯの形成は、無機半導体の原子の集合体によって形成される伝導帯と価電子帯のようにそれぞれの原子の区別がなくなることなく、有機物分子自身のＨＯＭＯとＬＵＭＯが有機物固体状態となっていても保持されることが特徴的である。すなわち、有機物固体のＨＯＭＯとＬＵＭＯは有機物分子が区別できなくなっている状態でも渾然一体となったバンド構造を取らず、固体でも有機物固有のＨＯＭＯとＬＵＭＯが区別できることが無機物のバンドとは異なる点である。
【００１７】
高分子は、モノマーの物的な弱い結合をもった集合体ではなく、モノマーの化学的な結合（共有結合）をもったモノマーを単位とする別の固体である。しかし、いま高分子をモノマーのＨＯＭＯとＬＵＭＯを維持した集合体で置き換えると、基本的な電子構造はモノマーを基本として考察しうる。
【００１８】
前述した正孔輸送材料であるＰＥＤＯＴ:ＰＳＳは、ＰＳＳ分子によってＰＥＤＯＴ分子内に正孔が発生する機構を利用している。この機構は、既に知られている下記化１に示すモデル構造により説明される。すなわち、ＰＥＤＯＴ分子中に発生する正孔の電荷は隣り合う正孔の電荷同士のクーロン反発力のために全ての分子骨格中で正孔が発生するのではなく、数分子ごとに発生しているものと考えられている。ＰＳＳ分子のスルフォン酸基（ＳＯ3-）において、ＰＥＤＯＴ分子と対向していることが前記正孔発生には必要となっている。
【化１】
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【００１９】
このようなことから、実施形態に係る正孔輸送層の材料であるＰＥＤＯＴ:ＰＳＳにおいて、ＰＳＳ分子をＰＥＤＯＴ分子に対して平行に配向させることによって、バンドギャップを狭くすることができる。
【００２０】
具体的には、ＰＥＤＯＴの構成単位であるＥＤＴＡ（エチレンジオキシチオフェン）のＨＯＭＯとＬＵＭＯを量子分子動力学プログラムのひとつであるＴＤＤＦＴ（Time-dependent density functional technique）で計算するとＨＯＭＯ＝−５．１５２ｅＶ、ＬＵＭＯ＝−１．０７９ｅＶになり、その差を固体のバンドギャップに相当するものとして見なすと、４．０７３ｅＶになる。さらに２分子で計算すると、ＨＯＭＯとＬＵＭＯはそれぞれ、−４．３９ｅＶ，−１．６６５ｅＶとなったことから、バンドギャップに相当する値（差）は３．５８８６ｅＶになる。これをさらに１０ＤＴＡ分子として求めると、ＨＯＭＯとＬＵＭＯはそれぞれ−１０．８７５ｅＶ，−９．８５８ｅＶであり，バンドギャップ相当の値（差）は１．０１７ｅＶになる。このようにＥＤＴＡ分子数を増加させることによってバンドギャップに相当する値は減少する。
【００２１】
さらにＰＥＤＯＴとＰＳＳ分子の配向によるバンドギャップの違いを算出すると、ＰＥＤＯＴとＰＳＳが平行に配向することによってバンドギャップは垂直配向よりも小さくなる。この結果から、ＰＥＤＯＴとＰＳＳ分子を互いに平行に配向させることによって、ＰＥＤＯＴをＰＳＳドーパントによりバンドギャップを狭くすることが可能になる。
【００２２】
したがって、バンドギャップを狭くすることによって、図２に示すＨＯＭＯレベルとＬＵＭＯレベルがほぼ近接した状態とすることができるため、キャリアの発生数が増加して導電性が向上する。その結果、正孔輸送層の導電性の向上によって陽極から正孔輸送層へのキャリア（正孔）の注入が低電圧で容易となるために、低消費電力での駆動が可能な有機ＥＬデバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る有機ＥＬデバイスを示す概略図。
【図２】有機ＥＬデバイスのバンド構造を示す図。
【図３】有機ＥＬデバイスにおける発光時のバンド内の様子を示す。
【符号の説明】
【００２４】
１…ガラス基板、２…陽極、３…正孔輸送層、４…有機発光層、５…陰極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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